CN115477973A - 一种低灰高剪切型天然气发动机油及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及发动机油的领域，具体公开了一种低灰高剪切型天然气发动机油及其制备方法。所述低灰高剪切型天然气发动机油，按重量份计，包括合成酯10‑30份、合成油60‑80份、降凝剂0.3‑1份、抗氧剂0.5‑4份、减磨剂0.8‑1.2份、分散剂0.5‑2份；所述合成油包括基础油PAOⅠ和基础油PAOⅡ，所述基础油PAOⅠ的100℃粘度为500‑700mm2/s；所述基础油PAOⅡ的100℃粘度为2‑6mm2/s。所得发动机油具有提高剪切性能，同时降低粘度损失，提高高温抗氧化能力的优点。

Description

一种低灰高剪切型天然气发动机油及其制备方法
技术领域
本申请涉及发动机润滑油领域，更具体地说，它涉及一种低灰高剪切型天然气发动机油及其制备方法。
背景技术
天然气发动机是一种使用燃气燃料作为能源的内燃机，其中燃气燃料主要为天然气。由于天然气具有价格低廉，排放污染低等优点，使得天然气发动机得到了广泛的关注。但是，燃气燃料不同于燃油，燃气燃料自身不具备润滑性，因此，这就要求发动机油有更好的润滑性，剪切性等。
目前，发动机油通常是由矿物油调和的，这种机油换油周期短，产生废机油量多，会给环境造成污染；同时润滑油粘度高，倾点高，发动机启动困难，增大发动机的磨损，行驶过程阻力大，造成燃气的浪费。天然气发动机的工作温度高，容易导致机油产灰，同时机油在高温环境下容易发生氧化。
发明内容
为了提高发动机油在工作时的剪切性能，降低粘度损失，提高天然气发动机油的高温抗氧化能力，本申请提供了一种低灰高剪切型天然气发动机油及其制备方法。
第一方面，本申请提供了一种低灰高剪切型天然气发动机油，采用如下的技术方案：
一种低灰高剪切型天然气发动机油，按重量份计，包括合成酯10-30份、合成油60-80份、降凝剂0.3-1份、抗氧剂0.5-4份、减磨剂0.8-1.2份、分散剂0.5-2份；
所述合成油包括基础油PAOⅠ和基础油PAOⅡ，
所述基础油PAOⅠ的100℃粘度为500-700mm2/s；
所述基础油PAOⅡ的100℃粘度为2-6mm2/s。
所述分散剂为硼化聚异丁烯丁二酰亚胺。
优选的，所述基础油PAOⅠ的100℃粘度为600mm2/s；
所述基础油PAOⅡ的100℃粘度为4mm2/s。
优选的，所述基础油PAOⅠ和所述基础油PAOⅡ的重量比为(30-50):(10-40)。
更优选的，所述基础油PAOⅠ和所述基础油PAOⅡ的重量比为(35-50):(25-40)。
再优选的，所述基础油PAOⅠ和基础油PAOⅡ的重量比为40:(30-35)。
在本申请的一种实施方案中，所述基础油PAOⅠ和基础油PAOⅡ的重量比为40:30。
在本申请的一种实施方案中，所述基础油PAOⅠ和基础油PAOⅡ的重量比为40:35。
通过选取两种不同粘度的基础油PAO，并对两种粘度相差很大的基础油进行复配，从而使得发动机油在低温下也可以获得良好的流动性，使得发动机在冬季等低温环境下更容易启动，并且动力的损耗更小，减少了燃气的浪费；同时发动机油在工作温度下具有良好的剪切性能，使得发动机油的润滑效果更加稳定。由于发动机油中没有使用穿透的增粘剂(如OCP)，而使用了本身即为原料油的两种PAO进行混合，从而降低了发动机油在工作过程中的粘度降低的情况，从而提高了发动机油的润滑能力。
通过调整基础油PAOⅠ和基础油PAOⅡ的重量比，使得到的发动机油粘度可以达到10～21mm2/s，倾点-45℃。
优选的，所述合成酯的100℃粘度为4-5.5mm2/s。
优选的，所述合成酯的闪点不小于235℃，倾点不大于-42℃。
通过对合成酯的选择，对发动机油的流变性能进行调节，进一步改善了发动机油的性能，降低了机油的损耗，延长了换油的周期。
优选的，所述合成酯包括由季戊四醇衍生的季戊四醇酯。
在本申请的一些实施方式中，季戊四醇酯可以是季戊四醇油酸酯。
优选的，所述降凝剂为聚甲基丙烯酸酯型。
优选的，所述分散剂为硼化聚异丁烯丁二酰亚胺；
所述硼化聚异丁烯丁二酰亚胺采用如下方法制备：
在容器中加入聚异丁烯丁二酰亚胺、硼酸，聚异丁烯丁二酰亚胺、硼酸的重量比为1:1；然后在正丁醇做催化剂的条件下，加热110-115℃反应1.5小时，随后将反应物转入带有脱真空设备，蒸除溶剂，即得硼化聚异丁烯丁二酰亚胺。
优选的，所述减磨剂选自有机钼和油酸酰胺。
更优选的，所述有机钼为二烷基硫代甲酸钼。
优选的，减磨剂为有机钼与油酸酰胺的混合物，有机钼与油酸酰胺的重量比为(0.5-1.5):1。
更优选的，有机钼与油酸酰胺的重量比为1:1。
有机钼吸附在发动机的金属表面后，使发动机的表面结构发生改变，形成二硫化钼皮膜并吸附在发动机表面，从而可以降低摩擦系数，提高发动机的抗磨损性能。
优选的，按重量百分比计，所述低灰高剪切型天然气发动机油还包括消泡剂0.008-0.120份。
优选的，所述消泡剂为二甲基硅油。
第二方面，本申请提供了一种低灰高剪切型天然气发动机油的制备方法，采用如下的技术方案：
一种制备低灰高剪切型天然气发动机油的方法，包括以下步骤：
按配方量将基础油PAOⅠ和基础油PAOⅡ混合，加热至75-85℃，随后加入所述降凝剂、所述消泡剂、所述抗氧剂，并在65-75℃下，搅拌均匀，得到复合合成油；
将有机钼溶解到50wt％配方量的合成酯中，随后在70-90℃环境下搅拌1-3h，得到有机钼的合成酯溶液；
将剩余50wt％配方量的合成酯加热至110-130℃，后加入油酸酰胺，110-130℃下搅拌4-5h，得到油酸酰胺的合成酯溶液；
将有机钼的合成酯溶液与油酸酰胺的合成酯溶液共混，75-85℃环境下搅拌1-2h；得到复合合成酯；
将复合合成油与复合合成酯共混，并加入分散剂，75-85℃下搅拌3-4h。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
通过选择不同粘度的基础油PAOⅠ和基础油PAOⅡ，并对基础油PAOⅠ和基础油PAOⅡ的用量进行调整，从而使得发动机油在低温下具有较低的粘度，在高温工作下可以保持较高的剪切粘度。将所得发动机油用于天燃气发动机中，一方面，在低温下发动机更容易的启动，从而减少了发动机低温启动时的磨损；另一方面，发动机油在高温工作环境下的剪切粘度更高，发动机油可以更好的包覆在工件表面并对工件进行润滑，从而减少了发动机工作时的磨损。
具体实施方式
本申请具体实施方式中所用原料均可以通过市售获得：
基础油PAOⅠ购买自美孚或上海纳克。
基础油PAOⅡ购买自美孚或上海纳克。
合成酯为季戊四醇油酸酯，购买自英国禾大或刚和石油。
有机钼购买自日本株式会社。
油酸酰胺购买自英国禾大。
降凝剂为聚甲基丙烯酸酯型，购买自上海迈瑞尔化学。
抗氧剂为甲基苯三唑衍生物，CAS号为80584-90-3。
本申请具体实施方式中所用的分散剂为硼化聚异丁烯丁二酰亚胺，其制备方法为：在容器中加入聚异丁烯丁二酰亚胺、硼酸，聚异丁烯丁二酰亚胺、硼酸重量比为1:1；然后在正丁醇做催化剂的条件下，加热110-115℃反应1.5小时，随后将反应物转入带有脱真空设备，蒸除溶剂，制得硼化聚异丁烯丁二酰亚胺。
实施例
实施例1-14，对比例1-7的不同之处在于天然气发动机油的各组分用量不同，具体如表1所示。
表1实施例1-14，对比例1-7中各组分的用量(单位：kg)
Figure BDA0003861907560000041
Figure BDA0003861907560000051
注：1、实施例1-4,7-14，对比例1-3、5-7中PAOⅠ的100℃粘度为600mm2/s。
2、实施例1-14、对比例1-7中PAOⅡ的100℃粘度为4mm2/s。
3、实施例5中，40/700表示的是PAOⅠ的100℃粘度为700mm2/s，重量为40kg，35/4表示的是PAOⅠ的100℃粘度为4mm2/s，重量为35kg。
4、对比例4中，45/400表示的是PAOⅠ的100℃粘度为400mm2/s，重量为45kg。
5、实施例1-8、11-14，对比例1-7中，合成酯的100℃粘度为5mm2/s。
6、实施例9中，20/4表示的是合成酯的100℃粘度为4mm2/s，重量为20kg。
7、实施例10中，20/5.5表示的是合成酯的100℃粘度为5.5mm2/s，重量为20kg。
实施例1-12，对比例1-6的低灰高剪切天然气发动机油采用相同的方法制备：
一种低灰高剪切天然气发动机油的制备方法，包括以下步骤：
复合合成油的制备：将基础油PAOⅠ和基础油PAOⅡ混合，加热至80℃，随后加入降凝剂、消泡剂、抗氧剂，并在70℃下，搅拌均匀，得到复合合成油。
复合合成酯的制备：将有机钼溶解到50wt％配方量的合成酯中，随后在80℃温度下搅拌2h，得到有机钼的合成酯溶液；
将剩余50wt％配方量的合成酯加热至120℃，后加入油酸酰胺，在120℃下搅拌4h，得到油酸酰胺的合成酯溶液；
将有机钼的合成酯溶液与油酸酰胺的合成酯溶液共混，80℃温度下搅拌2h；得到复合合成酯。
复合合成油和复合合成酯的制备没有顺序要求。
将复合合成油与复合合成酯共混，并加入分散剂，在80℃下搅拌3h。
实施例13中，由于未添加有机钼，因此在制备合成复合合成酯时直接将油酸酰胺加入到100wt％配方量在120℃的合成酯中，随后在80℃温度下搅拌2h，得到复合合成酯。
实施例14中，由于未添加油酸酰胺，因此在制备合成复合合成酯时，直接将有机钼溶解到100wt％配方量的合成酯中，随后在80℃温度下搅拌2h，得到复合合成酯。
对比例7中，由于未添加减磨剂，因此直接将复合合成油与合成酯混合。
性能检测试验
一、对实施例1-14，对比例1-7所得的低灰高剪切天然气发动机油的粘温性能进行检测。
1.根据GB/T 265分别测定发动机油在40℃、100℃的运动粘度。
2.根据GB/T 3535测定发动机油的倾点。
3.根据GB/T 6538测定发动机低温动力粘度(-25℃)。
4.根据SH/T 0618测定发动机油的高温高剪切粘度(150℃，106S-1)。发动机油的粘温性能如表2所示。
表2发动机油的粘温性能
Figure BDA0003861907560000061
Figure BDA0003861907560000071
结合表2，可以看出，通过将基础油PAOⅠ与基础油PAOⅡ组合使用，并分别选择基础油PAOⅠ与基础油PAOⅡ的100℃粘度，可以改善发动机油的各项参数，使得发动机油在低温下具有较低的粘度，即低温动力粘度(mPa·s)不大于6560mPa·s，从而便于发动机在低温环境下的启动，降低发动机在启动时的磨损；同时还使得发动机油的在高温工作环境下可以保持较高的粘度，本申请实施例1-14所得的发动机油的高温高剪切粘度(mPa·s)不小于3.6mPa·s。
基础油PAOⅠ与基础油PAOⅡ的用量比也会影响发动机油的各项性能，参考实施例1、2、3、4、7与对比例1、2，可以看出，当基础油PAOⅠ与基础油PAOⅡ的用量为(35-50):(25-40)时，发动机油运动粘度受温度的影响小，另一方面发动机的倾点不高于-42℃。
在本申请实施例3中，当基础油PAOⅠ与基础油PAOⅡ的重量比为40:35时，发动机油的倾点可以达到-48℃，同时低温动力粘度可达5700mPa·s，高温高剪切粘度可达到4.1mPa·s。
在本申请实施例7中，当基础油PAOⅠ与基础油PAOⅡ的重量比为40:30时，发动机油的倾点可以达到-48℃，同时低温动力粘度可达5740mPa·s，高温高剪切粘度可达到4mPa·s。
合成酯的加入，可以作为基础油PAOⅠ与基础油PAOⅡ的溶剂，通过选择不同粘度以及不同用量的合成酯同样会影响发动机油的粘度性能，当合成酯的粘度5mm2/s可以调节发动机油的粘度，降低发动机油的低温动力粘度。
二、对实施例1-14，对比例1-7所得的低灰高剪切天然气发动机油润滑性能进行检测。
1.根据GB/T 3142测定润滑油最大无卡咬负荷PB；
2.根据SH/T 0189测定润滑油磨损性能；
3.根据SH/T 0193测定润滑油氧化安定性。发动机油的润滑性能和抗氧化性能如表3所示。
表3发动机油的润滑性能和抗氧化性能检测结果
Figure BDA0003861907560000072
Figure BDA0003861907560000081
参考表3，本申请实施例1-14所制备的发动机油具有润滑性能好，发动机磨损低的优点，在本申请实施例3的发动机油经过测试后磨斑直径为0.31mm。
结合实施例3、11-14可以看出，有机钼和油酸酰胺的加入均可以提高发动机油的抗磨性能，并且当有机钼和油酸酰胺以1:1的重量比加入时，发动机油的抗磨性能最优。而当单独使用有机钼或油酸酰胺时，发动机油的抗磨性能均不如有机钼和油酸酰胺的组合使用。
基础油PAOⅠ与基础油PAOⅡ的用量比同样会影响发动机油的抗磨损性能，当基础油PAOⅠ与基础油PAOⅡ的重量比40:35时，发动机油的抗磨性能最优。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种低灰高剪切型天然气发动机油，其特征在于，按重量份计，包括合成酯10-30份、合成油60-80份、降凝剂0.3-1份、抗氧剂0.5-4份、减磨剂0.8-1.2份、分散剂0.5-2份；
所述合成油包括基础油PAOⅠ和基础油PAOⅡ，
所述基础油PAOⅠ的100℃粘度为500-700mm2/s；
所述基础油PAOⅡ的100℃粘度为2-6mm2/s。
2.根据权利要求1所述的低灰高剪切型天然气发动机油，其特征在于：
所述基础油PAOⅠ的100℃粘度为600mm2/s；
所述基础油PAOⅡ的100℃粘度为4mm2/s。
3.根据权利要求1或2所述的低灰高剪切型天然气发动机油，其特征在于：所述基础油PAOⅠ和所述基础油PAOⅡ的重量比为(40-60):(10-25)。
4.根据权利要求3所述的低灰高剪切型天然气发动机油，其特征在于：所述基础油PAOⅠ和所述基础油PAOⅡ的重量比为(45-55):(15-20)。
5.根据权利要求1所述的低灰高剪切型天然气发动机油，其特征在于：所述合成酯的100℃粘度为4-5.5mm²/s。
6.根据权利要求5所述的低灰高剪切型天然气发动机油，其特征在于：所述合成酯包括由季戊四醇衍生的季戊四醇酯。
7.根据权利要求1所述的低灰高剪切型天然气发动机油，其特征在于：所述减磨剂选自有机钼和油酸酰胺。
8.根据权利要求7所述的低灰高剪切型天然气发动机油，其特征在于：所述减磨剂为有机钼和油酸酰胺的混合物，所述有机钼和所述油酸酰胺的重量比为(0.5-1.5):1。
9.根据权利要求1所述的低灰高剪切型天然气发动机油，其特征在于：按重量份计，所述低灰高剪切型天然气发动机油还包括消泡剂0.008-0.120份。
10.一种制备权利要求1-9任一所述的低灰高剪切型天然气发动机油的方法，其特征在于，包括以下步骤：
按配方量将基础油PAOⅠ和基础油PAOⅡ混合，加热至75-85℃，随后加入所述降凝剂、所述消泡剂、所述抗氧剂，并在65-75℃下，搅拌均匀，得到复合合成油；
将有机钼溶解到50wt%配方量的合成酯中，随后在70-90℃环境下搅拌1-3h，得到有机钼的合成酯溶液；
将剩余50wt%配方量的合成酯加热至110-130℃，后加入油酸酰胺， 110-130℃下搅拌4-5h，得到油酸酰胺的合成酯溶液；
将有机钼的合成酯溶液与油酸酰胺的合成酯溶液共混，75-85℃环境下搅拌1-2h；得到复合合成酯；
将复合合成油与复合合成酯共混，并加入分散剂，75-85℃下搅拌3-4h。
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